DE102004054317A1

DE102004054317A1 - Strommessvorrichtung

Info

Publication number: DE102004054317A1
Application number: DE200410054317
Authority: DE
Inventors: Yukio Fukushima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-11-11
Also published as: DE102004054317B4

Abstract

Eine Strommessvorrichtung zur Messung eines Stromes wird vorgeschlagen, welcher in einem Stromkanal fließt, der mit einem der Strommessung bedürfenden Stromkreis verbunden ist, in dem der Stromkanal so angeordnet ist, dass er einen vorbestimmten Punkt auf einem Substrat mit darauf gebildetem Stromkreis umgibt, und ein magnetisches Messelement zur Umwandlung eines magnetischen Flusses, der entsprechend der Größe eine am vorbestimmten Punkt oder in seine Nähe auftretenden Stromes erzeugt wird, in eine Spannung, so dass die Strommessvorrichtung eine Verringerung der Kosten und der Zahl der Montageschritte ermöglicht, notwendigen Platz spart, und Strommessung mit einem hohen Grad an Stabilität und Genauigkeit zur Verfügung stellt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technische Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Strommessvorrichtung zur Messung eines Stromes mittels eines magnetischen Messelements, wie zum Beispiel eines Hall-Elements, und eine Strommessvorrichtung, die eingesetzt wird wenn ein in einem Stromkreis fließender zu messender Strom gemessen werden soll, in welchem eine Strommessung nötig ist, wie zum Beispiel ein Motorstromkreis eines in einem Fahrzeug eingebauten elektrischen Bauteils wie einer elektrischen Servolenkung.

2. Darstellung des Stands der Technik

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Strommessvorrichtungen zur Messung eines Stroms mittels eines magnetischen Messelements, wie zum Beispiel eines Hall-Elements, gibt es einen Typ, der einen magnetischen Fluss sammelnden Kern benutzt, und einen Typ, der einen keinen magnetischen Fluss sammelnden Kern benutzt.

Die aus dem Stand der Technik bekannte, einen magnetischen Fluss sammelnden Kern benutzende Strommessvorrichtung umfasst eine Stromschiene, die als Kanal für den zu messenden Strom dient, einen C-förmigen Kern, der einen magnetischen Fluss sammelt, welcher von dem zu messenden, durch die Stromschiene fließenden Strom erzeugt wird, und ein Hall-Element, das den vom Kern gesammelten magnetischen Fluss aufnimmt und diesen in eine Spannung umwandelt, die dann ausgegeben wird, wie zum Beispiel in der Druckschrift JP-A-2002-257867 beschrieben, insbesondere in 7 und ihrer Beschreibung und so weiter. Mit dieser Anordnung kann man den gemessenen Strom aus der vom Hall-Element abgegebenen Spannung erhalten. In anderen Worten, der zum zu messenden Strom proportionale Spannungswert kann basierend auf der Ausgabe des Hall-Elements erhalten werden.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Strommessvorrichtungen, die keinen magnetischen Fluss benutzenden Kern verwenden, enthalten ein U-förmig oder eckig C-förmig gebogenes, leitendes Blech, das als Kanal für den zu messenden Strom dient, und ein in der Mitte des gebogenen Stücks des Blechs befindliches Hall-Element, wobei ein zum zu messenden Strom proportionaler Spannungswert ausgegeben wird, wie in der Druckschrift JP-A-2001-174486, insbesondere in 1 und 5 und in der Beschreibung usw. beschrieben, oder wie in der Druckschrift JP-A-2003-4771, insbesondere in 7 und ihrer Beschreibung usw.

Es gibt auch eine Strommessvorrichtung, die eine auf einer gedruckten Leiteranordnung vorgesehene spiralförmige Leitung beinhaltet, in der ein Magnetfelder messendes Element einen zum in der spiralförmigen Leitung fließenden Laststrom proportionalen Spannungswert ausgibt, wie in der Druckschrift JP-A-9-80081, insbesondere in 2 und ihrer Beschreibung usw. Gezeigt.

Da die aus dem Stand der Technik bekannten Strommessvorrichtung wie oben beschrieben aufgebaut ist, gibt es die nachfolgend gezeigten Probleme.

1. Problem der aus dem Stand der Technik bekannten Strommessvorrichtung, die einen C-förmigen, magnetischen Fluss sammelnden Kern verwendet

Da der C-förmige, magnetischen Fluss sammelnde Kern selbst groß und relativ schwer ist, ist die Strommesseinheit, die einen C-förmigen, magnetischen Fluss sammelnden Kern aufweist, ebenfalls groß und relativ schwer. Deswegen ist es nicht besonders wünschenswert solch eine große und relativ schwere Strommessvorrichtung auf ein Kontrollgerät zu montieren, welches in Größe und Gewicht reduziert werden muss, insbesondere ein Fahrzeug-gebundenes Kontrollgerät. Wie in der Druckschrift JP-A-2002-257867 beschrieben, sind bei diesem Typ die Kosten hoch, da die Anzahl der Bauteile und die Anzahl der Montageschritte beachtlich ist, und deswegen können die Hysterese-Charakteristiken die Genauigkeit oder Stabilität der Strommessung beeinflussen.

2. Problem der Strommessvorrichtung aus dem Stand der Technik, die keinen magnetischen Fluss sammelnden Kern verwendet

Um eine praktische Messempfindlichkeit zu erhalten, ist es notwendig die Stromdichte des zu messenden Stroms in der Nähe des magnetischen Messelements zu erhöhen, und daher ist es notwendig die Breite des Leiters, der als Kanal für den zu messenden Strom dient, in der Nähe des magnetischen Messelements bis zu einem gewissen Grad zu verringern, um so den Leiterquerschnitt des Leitungskanals zu verringern. Im Fall der Messung eines relativ großen, bis mehrere Zehn Ampere gehenden Stroms, wie zum Beispiel der Motor-Strom einer elektrischen Fahrzeug-Servolenkung, fließt ein relativ großer Strom auch in der Nähe des magnetischen Messelements des Leitungskanals für den zu messenden Strom. Deshalb entsteht die Befürchtung, dass sich Hitze in der Nähe des magnetischen Messelements stauen könnte, wenn wie oben beschrieben die Breite des als Leitungskanal für den zu messenden Strom dienenden Leiters in der Nähe des magnetischen Messelements bis zu einem gewissen Grad verringert wird, um so den Leiterquerschnitt des Leitungskanals zu verringern Wenn die Strommessvorrichtung in ein Fahrzeug eingebaut werden soll, ist es normalerweise notwendig den Leitungskanal für den zu messenden Strom mit Harzpressstoff oder ähnlichem zu befestigen oder zu umhüllen. Deshalb können zu beachtende Probleme auftreten, wie zum Beispiel Wärmeabgabe, Kapazitätsanstieg oder Kostensteigerung.

Da die Strommessvorrichtung eine unabhängige Struktur hat, die getrennt ist von dem auf einem Substrat zur Kontrolle des Stromkreises befindlichen, Strommessung benötigenden Schaltkreis, können zusätzlich Probleme entstehen, so dass der Zusammenbau der Strommessvorrichtung und Leitungsverbindungsarbeiten zur Verbindung von Strommessvorrichtung und Kontrollschaltkreissubstrat notwendig sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, die Kosten der Bauteile und die Zahl der Montageschritte zu verringern, Platz zu sparen, und die Strommessung mit einem hohen Grad an Stabilität zu ermöglichen.

Die Erfindung stellt eine Strommessvorrichtung zur Verfügung, die einen Stromkanal (14) und ein magnetisches Messelement (17) beinhaltet, wobei der Stromkanal (14) elektrisch mit einem elektrischen Stromkreis (100) verbunden ist und den als Ziel der Messung zu messenden Strom darin fließen lässt, und wobei der elektrische Stromkreis (100) den zu messenden Strom darin fließen lässt und Wärme durch einen wärmeableitenden Kühlkörper (11) ableiten lässt, und wobei das magnetische Messelement (17) einen magnetischen Fluss, der abhängig von der Größe des zu messenden, im Stromkanal (14) fließenden Stroms erzeugt wird, in eine Spannung umwandelt, und das magnetische Messelement (17) die dem zu messenden Strom entsprechende Spannung ausgibt,
wobei der Stromkanal (14) in Schichten auf einem hochwärmeleitfähigen Substrat (12) aufgetragen ist, das einen mittels einer hoch-wärmeleitfähigen Isolierschicht (13) darauf ausgebildeten elektrischen Stromkreis (100) enthält,
wobei Teil (141) des in Schichten aufgetragenen Stromkanals (14) eine Vielzahl von diskontinuierlich ausgebreiteten Schlitzen (151) und einen bogenförmigen Stromkanal (152) enthält, der so ausgebildet ist, dass er eine Form hat, die eine vorbestimmte Position (16) auf dem Substrat (12) umgibt, so dass die magnetischen Flüsse sich an der vorbestimmten Position (16) abhängig von der Vielzahl der Schlitze (151) konzentrieren,
wobei das Substrat (12) mit dem wärmeableitenden Kühlkörper (11) verbunden ist, um die Wärmeableitung vom elektrischen Stromkreis (100) durchzuführen, und wobei die Wärmeableitung vom Teil (141) des Stromkanals (14) vom wärmeableitenden Kühlkörper (11) über die Isolierschicht (13) und das Substrat (12) durchgeführt wird, und
wobei das magnetische Messelement (17) so angeordnet ist, dass es zu der vorbestimmten Position (16) hingewendet ist, wo der magnetische Fluss sich an der dem wärmeableitenden Kühlkörper (11) gegenüberliegenden Seite konzentriert.

Ein Strommessung erfordernder elektrischer Stromkreis, wie zum Beispiel ein Schaltkreis zur Kontrolle der Motorleistung oder der elektrischen Leistung einschließlich eines Motorsteuerkreises oder eines Fahrstromkreises, hat ursprünglich, um die elektrische Leistung effizient zu regeln, einen Kühlkörper zum Ableiten von Wärme, die in einem einen elektrischen Stromkreis darstellenden Halbleiterbauelement zur Leistungskontrolle erzeugt wird.

Die Erfindung ermöglicht die Messung eines Stromes mit einem hohen Grad an Stabilität auf kleinem Raum durch das Ableiten von Wärme, die entsteht, wenn ein zu messender Strom, wie zum Beispiel ein Motorstrom, unter gemeinsamer Benutzung des Kühlkörpers des die Strommessung erfordernden elektrischen Stromkreises durch die Stromkanal-Struktur fließt. Es ist insbesondere für Strukturen effektiv, in denen das Halbleiterbauelement zur Leistungskontrolle des elektrischen Stromkreises auf einem elektrisch verdrahteten Substrat angeordnet ist, wie zum Beispiel einem Substrat aus Metall (Aluminiumsubstrat) oder Keramik.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Zeichnung, die die Struktur einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt, wobei
1A eine Draufsicht und 1B eine Seitenansicht ist.
2 ist eine Seitenansicht, die die Struktur einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
3 ist eine schematische Zeichnung, die die Struktur einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erste Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine erste Ausführungsform beschrieben. 1 ist eine schematische Zeichnung, die die Struktur einer ersten Ausführungsform zeigt, wobei 1A eine Draufsicht, und 1B eine Seitenansicht darstellt.
Wie in diesen Zeichnungen gezeigt, misst eine Strommessvorrichtung (1) der ersten Ausführungsform einen zu messenden Strom, wie zum Beispiel den Ausgangsstrom einen elektrischen Stromkreises (100) einschließlich eines Strommessung erfordernden Motorsteuerkreises, wie zum Beispiel eines Umrichters. Da die Größe des Ausgangssignals der Strommessvorrichtung (1) von der Größe des gemessenen Stromes abhängt, wird das Ausgangssignal der Strommessvorrichtung (1) benutzt, wenn zum Beispiel der zu messende Strom, wie der Ausgangsstrom des elektrischen Stromkreises (100), mittels eines Controllers (200) geregelt wird.
Der elektrische Stromkreis (100) ist auf ein Aluminiumsubstrat (12) angeordnet, das einen Kühlkörper (11) zum Ableiten seiner selbst erzeugten Wärme über eine Isolierschicht (13) aufweist, wie zum Beispiel einen inklusive Füllstoff größenordnungsmäßig 70 μm dicken Epoxydharzfilm. Der Ausgangsstrom des elektrischen Stromkreises (100), wie zum Beispiel eines Umrichters, wird mittels des Stromkanals (14) einer Last M, wie zum Beispiel einem Motor, zugeführt.
Als Stromkanal (14) für den im elektrischen Stromkreis (100) zu messenden Strom wird eine Kanalstruktur (14) auf dem mit dem elektrischen Stromkreis (100) mitbenutzten Aluminiumsubstrat (12) gebildet. Die Struktur (14) für den zu messenden Strom wird zum Beispiel von einer 80 μm dicken Kupferfolie gebildet. Die Kupferfolie, die Teil (141) der Kanalstruktur (14) des zu messenden Stromes ist, wird mit einer Vielzahl von Schlitzen (151) von ungefähr 0,2 mm Breite wie in der Zeichnung dargestellt in diskontinuierlicher Weise gebildet. Diese diskontinuierlichen Schlitze (151) definieren einen um eine vorbestimmte Position (16) gebogenen Stromkanal (152), und eine den bogenförmigen Stromkanal (152) umgebende wärmeabstrahlende Fläche (153), wie in 1 dargestellt. Der bogenförmige Stromkanal (152) und die wärmeabstrahlende Fläche (153) setzen sich an den Stellen zwischen nebeneinanderliegenden diskontinuierlichen Schlitzen (151) fort, wobei zwei Seiten miteinander thermisch verbunden sind. In der Mitte des bogenförmigen Stromkanals (152) ist ein durchgehendes Loch (154) gebildet, das durch die Kupferfolie hindurch geht.
Der zu messende Strom, der durch den bogenförmigen Stromkanal (152) durchströmt, fließt wie durch die Pfeile angezeigt durch den Stromkanal (14).
Folglich bilden sich am vorbestimmten Punkt (16) zur Größe des zu messenden Stroms proportionale magnetische Flussdichten, und man kann einen zum zu messenden Strom proportionalen Spannungsabfall erhalten, indem man ein magnetisches Messelement, wie zum Beispiel ein Hall-Element (17), zur Umwandlung der magnetischen Flussdichte in eine Spannung an der vorbestimmten Stelle (16) oder in ihrer Nähe aufstellt. 1 zeigt einen Fall, in dem die Messmitte des magnetischen Messelements (17) mit der vorbestimmten Position (16) zusammenfällt, und das magnetische Messelement (17) das durchgehende Loch (154) auf der dem Kühlkörper (11) entgegengesetzten Seite abdeckt.
Bezugszeichen (18) bezeichnet eine Spannungsquelle zum Anlegen einer Betriebsspannung an das magnetische Messelement (17), Bezugszeichen (19) bezeichnet eine Verbindungsleitung, die die vom magnetischen Messelement (17) abgegebene Spannung einspeist, und die an ein Lötauge (20) zur Verbindung mit dem Aluminiumsubstrat (12) angeschlossen ist. Die vom magnetischen Messelement (17) abgegebene Spannung wird im benötigten Ausmaß durch einen Verstärkerschaltkreis (21) verstärkt, und wird als eine dem zu messenden Strom entsprechende Ausgangsspannung (22) nach außen abgegeben, und dann einem Eingangsanschluss für gemessenen Strom (nicht gezeigt) des Controllers (100) zugeführt. Der Controller (200) regelt den zu messenden Strom im elektrischen Stromkreis (100) nach der Größe des zu messenden Stroms und nach anderen Kontrollsignalen.
Die magnetische Flussdichte, die durch den um die vorbestimmte Stelle (16) der Kanalstruktur (14) herum fließenden, zu messenden Strom erzeugt wird, nimmt, bei konstanter Größe des Stroms, mit abnehmendem Durchmesser des bogenförmigen Stromkanals (152) zu. Deswegen kann die Messempfindlichkeit erhöht werden, wenn man den Durchmesser des bogenförmigen Stromkanals (152) der zur Messung des Stroms dienenden Kanalstruktur (14) verringert, oder die Breite des bogenförmigen Stromkreises (152) verringert. Wenn jedoch der Durchmesser des bogenförmigen Stromkanals (152) der Kanalstruktur (14) und seine Breite verringert werden, und zusätzlich ein großer Strom durch den bogenförmigen Stromkanal (152) fließt, dann wird die Wärmeentwicklung an dieser Stelle zu groß. Durch das Vorsehen der Schlitze (151) auf der zur Messung des Stroms dienenden Kanalstruktur (14) ist deshalb der eigentliche Kanal, in dem der zu messende Strom tatsächlich fließt, an der Peripherie des bogenförmigen Stromkanals konzentriert, und gleichzeitig wird eine ausreichende Verbindung zur wärmeabstrahlenden Fläche (153) sichergestellt, die die äußere leitende Struktur darstellt, wodurch die wärmeableitenden Eigenschaften thermisch gesichert sind. Folglich kann die Stromdichte des zu messenden Stroms in der Nähe des Punktes, an dem sich das magnetische Messelement (17) befindet, erhöht werden, um die Messempfindlichkeit ausreichend zu verbessern.
In anderen Worten, die erste Ausführungsform der Erfindung stellt eine Strommessvorrichtung dar, die einen Stromkanal (14) und ein magnetisches Messelement (17) enthält, wobei der Stromkanal (14) elektrisch mit dem Stromkreis (100) verbunden ist, der zu messende Strom darin fließen kann, Wärme vom Kühlkörper (11) abgegeben werden kann, und wobei das magnetische Messelement (17) einen in Abhängigkeit von der Größe des zu messenden, durch den Stromkanal (14) fließenden Stroms erzeugten magnetischen Fluss in eine Spannung umwandelt, und das magnetische Messelement (17) die dem zu messenden Strom entsprechende Spannung ausgibt,
wobei der Stromkanal (14) in Schichten mittels der hochwärmeleitenden Isolierschicht auf das wärmeleitende, einen darauf gebildeten elektrischen Stromkreis (100) enthaltende Substrat (12) aufgebracht ist,
wobei Teil (141) des in Schichten aufgetragenen Stromkanals (14) eine Vielzahl von sich diskontinuierlich erstreckenden Schlitzen (151) und den bogenförmigen Stromkanal (152) enthält, der so ausgebildet ist, dass er mit seiner Form hat die vorbestimmte Position (16) auf dem Substrat (12) umgibt, um den magnetischen Fluss abhängig von der Vielzahl der Schlitze (151) an der vorbestimmten Position (16) zu konzentrieren,
wobei das Substrat (12) mit dem wärmeableitenden Kühlkörper (11) zum Zweck der Ableitung von Wärme des elektrischen Stromkreises (100) verbunden ist, wobei die Ableitung von Wärme des Teils (141) des Stromkanals (14) vom wärmeableitenden Kühlkörper (11) mittels der Isolierschicht (13) und des Substrats (12) durchgeführt wird,
wobei das magnetische Messelement (17) so angeordnet ist, das es zur vorbestimmten Position (16) hingewendet ist, wo der magnetische Fluss sich an der dem wärmeableitenden Kühlkörper (11) gegenüberliegenden Seite des Substrats (12) konzentriert. Ebenso schließt Teil (141) des in Schichten aufgebrachten Stromkanals (14) die wärmeabstrahlende Fläche (153) ein, die um den bogenförmigen Stromkanal (152) herum gebildet ist, um sich vom bogenförmigen Stromkanal (152) weg durch die Vielzahl der sich diskontinuierlich erstreckenden Schlitze (151) fortzusetzen, und die vom zu messenden, durch den bogenförmigen Stromkanal (152) fließenden Strom erzeugte Wärme, die durch die wärmeabstrahlende Fläche (153), die Isolierschicht (13) und das Substrat (12) hindurchfließt, wird vom wärmeableitenden Kühlkörper (11) abgegeben. Zudem umfasst Teil (141) des in Schichten aufgetragenen Stromkanals (14) ein koaxial mit dem vorbestimmten Punkt (16) liegendes durchgehendes Loch (154), der bogenförmige Stromkanal (152) ist um das durchgehende Loch (154) herum gebildet, und das magnetische Messelement (17) ist so angeordnet, dass es das durchgehende Loch (154) abdeckt.
Mit der oben beschriebenen Anordnung ermöglicht die Erfindung die Messung eines Stroms mit einem hohen Grad an Stabilität und auf kleinem Raum, indem Wärme abgeleitet wird, die erzeugt wird, wenn der zu messende Strom, wie zum Beispiel ein Motorstrom, durch die Stromkanalstruktur fließt, und indem der Kühlkörper des der Strommessung bedürfenden Stromkreises gemeinsam genutzt wird.
In anderen Worten, die erste Ausführungsform der Erfindung hat die folgenden Eigenschaften. Der elektrische Stromkreis (100) und der mit dem elektrischen Stromkreis (100) verbundene Stromkanal (14) sind auf dem Substrat (12) ausgebildet. Der Stromkanal (14) in dieser Anordnung ist befindet sich in einer Form, die den vorbestimmten Punkt (16) auf dem Substrat (12) umgibt. Das magnetische Messelement (17), das den nach der Größe des Strom erzeugten magnetischen Fluss in eine Spannung umwandelt, ist an der vorbestimmten Stelle (16) oder in ihrer Nähe vorgesehen. Wärmeableitung vom elektrischen Stromkreis (100) und vom Stromkanal (14) wird vom gemeinsamen Kühlkörper (11) mittels des Substrats (12) durchgeführt.
Mit dieser Anordnung werden die Kosten für Komponenten und die Zahl der Montageschritte so weit wie möglich verringert, und eine kontaktlose Strommessvorrichtung mit hoher Stabilität und Genauigkeit kann auf kleinstem Raum bereitgestellt werden.
Zweite Ausführungsform
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung basierend auf den Zeichnungen beschrieben. 2 ist eine Seitenansicht, die die Struktur der zweiten Ausführungsform darstellt. Eine Draufsicht ist nicht gezeigt, da sie dieselbe ist wie in 1A.
In 2 sind zu den in 1 identische oder ihnen entsprechende Bauteile mit dem selben Bezugszeichen dargestellt, und ihre Beschreibung wird unterlassen. Die von 1 unterschiedlichen Punkte sind, dass ein Multi-Keramik-Substrat (30) (vierschichtig in 2) anstatt des Aluminium-Substrats (12) eingesetzt wird, die in 1A gezeigte den elektrischen Strom messende Schaltung auf einer ersten Schicht 30a des Multi-Keramik-Substrats 30 angeordnet ist, gleich geformte Kanalstrukturen für den zu messenden Strom auf den entsprechenden Schichten von einer zweiten 30b zu einer vierten Schicht 30d ausgebildet sind, so viele Durchkontaktierungen (Leiterverbindungen zwischen den Schichten) (31) wie möglich vorgesehen sind zur elektrischen und thermischen Verbindung der zur Strommessung dienenden Kanalstrukturen (14), die auf den jeweiligen Schichten ausgebildet sind, so dass sich der elektrische und thermische Widerstand der zur Strommessung dienenden Kanalstrukturen (14) reduziert. Bezugszeichen (32) bezeichnet eine hoch-wärmeleitfähige, isolierende Klebeschicht zur Verbindung des vielschichtigen keramischen Substrats (30) und des Kühlkörpers (11).
In anderen Worten, die zweite Ausführungsform der Erfindung stellt eine Strommessvorrichtung bereit, die den Stormkanal (14) und ein magnetisches Messelement (17) enthält, wobei der Stromkanal (14) elektrisch mit einem elektrischen Stromkreis (100) verbunden ist und den zu messenden Strom in sich fließen lässt, der elektrische Stromkreis (100) den zu messenden Strom in sich fließen lässt, und Wärme durch den wärmeableitenden Kühlkörper (11) ableiten lässt, das magnetische Messelement (17) den abhängig von der Größe des im Stromkanal (14) fließenden, zu messenden Stroms erzeugten magnetischen Fluss in eine Spannung umwandelt, und das magnetische Messelement (17) die dem zu messenden Stromes entsprechende Spannung ausgibt, wobei der Stromkanal (14) bogenförmige Stromkanäle (152a), (152b), ... enthält, die jeweils auf einer Vielzahl von Substraten (30a), (30b), ... auf dem Kühlkörper (11) angeordnet vorgesehen sind, die bogenförmigen Stromkanäle (152a), (152b), ... der jeweiligen Substrate elektrisch durch die Leiterverbindungen zwischen den Schichten (31) verbunden sind, so dass die magnetischen Flüsse, die durch den in den bogenförmigen Stromkanälen auf den jeweiligen Schichten fließenden Strom erzeugt werden, gesammelt werden, und wobei da magnetische Messelement (17) auf die gesammelten magnetischen Flüsse reagiert.
Mit dieser Anordnung kann der zulässige Wert des zu messenden Stroms erhöht werden.
Dritte Ausführungsform
Nachfolgend wird die dritte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben werden. 3 ist eine schematische Zeichnung der Struktur der dritten Ausführungsform, in der das vielschichtige keramische Substrat (30) (fünf Schichten in 3) wie in der zweiten Ausführungsform eingesetzt wird. In 3 werden mit in 1A und 2 identische oder ihnen entsprechende Bauteile mit den selben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch mal beschrieben. Die von 2 unterschiedlichen Punkte sind, dass ein relativ kleiner Strom (bis circa 10 Ampere) mit hoher Genauigkeit und niedrigen Kosten gemessen werden kann, und dass die Stromkanäle der jeweiligen Schichten in Reihe geschlossen sind, indem man aus den bogenförmigen Stromkanälen (152a)–(152e), die die vorbestimmten Punkte (16) der zur Strommessung dienenden, auf jeder Schicht (30a)–(30e) des vielschichtigen keramischen Substrats (30) gebildeten Kanalstruktur das Kontaktende a e des bogenförmigen Stromkanals (152a) auf der ersten Schicht, und das Verbindungsende b s des bogenförmigen Stromkanals (152b) auf der zweiten Schicht mittels Durchkontaktierungen (Leiterverbindungen zwischen den Schichten) (31) verbindet, und das Kontaktende b e des bogenförmigen Stromkanals (152b) auf der zweiten Schicht und das Verbindungsende c s des bogenförmigen Stromkanals (152c) auf der dritten Schicht mittels Durchkontaktierungen (Leiterverbindungen zwischen den Schichten) verbindet, und die Verbindung zwischen dem Kontaktende des bogenförmigen Stromkanals auf der oberen Schicht und das Verbindungsende des bogenförmigen Stromkanals auf der unteren Schicht mittels Durchkontaktierungen in der selben Weise wiederholt, wobei die auf den jeweiligen Schichten gebildeten Stromkanäle in Reihe verbunden sind, so dass sie als Ganzes eine Vielzahl von Spulenwicklungen bilden.
Wenn in dieser Anordnung ein Strom durch die zur Strommessung dienenden Kanäle fließt, dann ist die Größe des magnetischen Flusses in der Mitte des Spulenförmigen Stromkanals proportional zur Anzahl der Wicklungen. In anderen Worten, wenn man die zur Strommessung dienende Kanalstruktur (152a)–(152e) der vielschichtigen keramischen Struktur, wie in 3 gezeigt, in Spulenform mit einer Vielzahl von Wicklungen ausbildet, kann die Strommessempfindlichkeit mit geringen Kosten verbessert werden ohne dass ein den magnetischen Fluss sammelnder Kern oder ähnliches benutzt wird, und die Messgenauigkeit im Niedrigstrombereich kann verbessert werden.
Die Formen der zur Strommessung dienenden Kanalstruktur (14) und des Schlitzes (151), die in 1 und 3 gezeigt sind, sind nur als Beispiele dargestellt, und die beste Form wird in der Tat durch magnetische und thermische Simulation bestimmt, die auf solchen Eigenschaften basieren, wie zu bewältigende Stromwerte oder thermischer Widerstand, physikalische Eigenschaften oder die Dicke des Metalls, das die zur Strommessung dienende Kanalstruktur bildet, oder die Empfindlichkeit des Hall-Elements.
Obwohl das Hall-Element als das magnetische Messelement (17) in der obigen Beschreibung gezeigt wurde, können die selben Effekte in anderen Arten von magnetischen Messelementen erwartet werden. Es ist ebenso möglich einen sogenannten Hall IC einzusetzen, in dem ein Verstärkerschaltkreis in der Harzfüllung des Hall-Elements integriert ist, um die selbe Struktur zu erreichen.

Claims

Strommessvorrichtung umfassend: einen Stromkanal (14); und ein magnetisches Messelement (17), wobei der Stromkanal (14) elektrisch mit einem Stromkreis (100) verbunden ist, der zu messende Strom darin fließen kann, Wärme vom Kühlkörper (11) abgegeben werden kann, und wobei das magnetische Messelement (17) einen in Abhängigkeit von der Größe des zu messenden, durch den Stromkanal (14) fließenden Stroms erzeugten magnetischen Fluss in eine Spannung umwandelt, und das magnetische Messelement (17) die dem zu messenden Strom entsprechende Spannung ausgibt, wobei der Stromkanal (14) in Schichten mittels einer hoch-wärmeleitenden Isolierschicht auf ein wärmeleitendes, den darauf gebildeten elektrischen Stromkreis (100) enthaltendes Substrat (12) aufgebracht ist, wobei Teil (141) des in Schichten aufgetragenen Stromkanals (14) eine Vielzahl von sich diskontinuierlich erstreckenden Schlitzen (151) und einen bogenförmigen Stromkanal (152) enthält, der so ausgebildet ist, dass er mit seiner Form hat eine vorbestimmte Position (16) auf dem Substrat (12) umgibt, um den magnetischen Fluss abhängig von der Vielzahl der Schlitze (151) an der vorbestimmten Position (16) zu konzentrieren, wobei das Substrat (12) mit dem wärmeableitenden Kühlkörper (11) zum Zweck der Ableitung von Wärme des elektrischen Stromkreises (100) verbunden ist, wobei die Ableitung von Wärme des Teils (141) des Stromkanals (14) vom wärmeableitenden Kühlkörper (11) mittels der Isolierschicht (13) und des Substrats (12) durchgeführt wird, und wobei das magnetische Messelement (17) so angeordnet ist, das es zur vorbestimmten Position (16) hingewendet ist, wo der magnetische Fluss sich an der dem wärmeableitenden Kühlkörper (11) gegenüberliegenden Seite des Substrats (12) konzentriert.
Strommessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei Teil (141) des in Schichten aufgebrachten Stromkanals (14) eine wärmeabstrahlende Fläche (153) umfasst, die um den bogenförmigen Stromkanal (152) herum gebildet ist, um sich vom bogenförmigen Stromkanal (152) weg durch die Vielzahl der sich diskontinuierlich erstreckenden Schlitze (151) fortzusetzen, wobei die vom zu messenden, durch den bogenförmigen Stromkanal (152) fließenden Strom erzeugte Wärme, die durch die wärmeabstrahlende Fläche (153), die Isolierschicht (13) und das Substrat (12) hindurchfließt, vom wärmeableitenden Kühlkörper (11) abgegeben wird.
Strommessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei Teil (141) des in Schichten aufgetragenen Stromkanals (14) ein koaxial mit dem vorbestimmten Punkt (16) liegendes durchgehendes Loch (154) umfasst, wobei der bogenförmige Stromkanal (152) um das durchgehende Loch (154) herum gebildet ist, und wobei das magnetische Messelement (17) so angeordnet ist, dass es das durchgehende Loch (154) abdeckt.
Strommessvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der vorbestimmte Punkt (16) und die Messmitte de magnetischen Messelements (17) koaxial sind.
Strommessvorrichtung umfassend: einen Stromkanal (14); und ein magnetisches Messelement (17), wobei der Stromkanal (14) elektrisch mit einem Stromkreis (100) verbunden ist, der zu messende Strom darin fließen kann, Wärme vom Kühlkörper (11) abgegeben werden kann, und wobei das magnetische Messelement (17) einen in Abhängigkeit von der Größe des zu messenden, durch den Stromkanal (14) fließenden Stroms erzeugten magnetischen Fluss in eine Spannung umwandelt, und das magnetische Messelement (17) die dem zu messenden Strom entsprechende Spannung ausgibt, wobei der Stromkanal (14) bogenförmige Stromkanäle (152a), (152b), ... enthält, die jeweils auf einer Vielzahl von Substraten (30a), (30b), ... auf dem Kühlkörper (11) angeordnet vorgesehen sind, die bogenförmigen Stromkanäle (152a), (152b), ... der jeweiligen Substrate elektrisch durch die Leiterverbindungen zwischen den Schichten (31) verbunden sind, so dass die magnetischen Flüsse, die durch den in den bogenförmigen Stromkanälen (152a), (152b), ... auf den jeweiligen Schichten fließenden Strom erzeugt werden, gesammelt werden, und wobei da magnetische Messelement (17) auf die gesammelten magnetischen Flüsse reagiert.
Strommessvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Leiterverbindungen zwischen den Schichten (31) eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben, wobei der auf einer der Endschichten gelegenen bogenförmige Stromkanal (152d) aus der Vielzahl der bogenförmigen Stromkanäle (152a, 152b, ...) thermisch mit dem wärmeableitenden Kühlkörper (11) mittels einer Isolierschicht (32) verbunden ist, wobei die übrigen bogenförmigen Stromkanäle (152a–c) thermisch mit dem wärmeableitenden Kühlkörper (11) mittels der Leiterverbindungen zwischen den Schichten (31) verbunden sind, und wobei das magnetische Messelement (17) auf dem bogenförmigen Stromkanal (152a) am anderen Ende der Schichten angeordnet ist, aus der Vielzahl der bogenförmigen Stromkanäle (152a, 152b, ...) auf der gegenüberliegenden Seite des wärmeableitenden Kühlkörpers (11).
Strommessvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die bogenförmigen Stromkanäle (152) der jeweiligen Schichten durch die Leiterverbindungen zwischen den Schichten (31) in Reihe verbunden sind.
Strommessvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Kontaktenden (ae, be, ...) des bogenförmigen Stromkanals (152) und die Verbindungsenden (bs, cs, ...) der nebenan liegenden Stromkanäle (152) durch die Leiterverbindungen zwischen den Schichten (31) verbunden sind, wobei die bogenförmigen Stromkanäle (152) der jeweiligen Schichten als Ganzes in Spulenform ausgebildet sind.